双渣转炉炼钢新工艺高温脱磷试验研究

牛莉莉

摘要：提出了“留渣+双渣”转炉炼钢新工艺，对此工艺的过程控制进行实验研究，结果表明：“留渣+双渣”炼钢工艺的主要工序是，脱磷期终止→排除脱磷渣→脱碳期→脱碳期终止→排除脱碳渣→转炉内固化处理→下一炉冶炼。全程紧密调控转炉内的钢渣渣量、氧化性、碱度等指标，确保在脱磷期终止时的脱磷渣渣量在6～8 t钢，在完成一轮冶炼后，确保炉内渣量在12～13 t钢，平均渣量在8 t钢左右;在后续持续冶炼过程中，可适量缩减石灰投用量，从6.5 t钢逐步下调至3.1 t钢，同时钢水含量也从0.018%降低为0.005%。

关键词：转炉;钢渣;连续循环;脱磷

中图分类号：TQ944

文献标识码：A文章编号：1001-5922（2022）06-0093-05

Experimental study on high temperature dephosphorization of new steelmaking process in double slag converter

NIU Lili

（Xuangang Branch of Hebei Polytechnic University， Zhangjiakou 075100， Hebei China

）

Abstract：A new converter steelmaking process of “slag retention + double slag” is proposed in this paper， and the process control of this process is experimentally studied. The main process of“slag retention + double slag” steelmaking process is： termination of dephosphorization period → elimination of dephosphorization slag → decarbonization period → termination of decarbonization period → elimination of decarbonization slag → curing treatment in converter → next furnace smelting. The steel residue amount， oxidizability， basicity and other indicators in the converter are closely controlled throughout the whole process to ensure that the amount of dephosphorization slag at the end of the dephosphorization period is within the range of 6～8 t steel. After one round of smelting， ensure that the amount of slag in the furnace is within the range of 12～13 t steel， and the average amount of slag is about 8 t steel. In the subsequent continuous smelting process， the amount of lime can be reduced appropriately， gradually from 6.5 t per ton steel to 3.1 t per ton steel， and the molten steel content is also reduced from 0.018% to 0.005%.

Key words：converter; slag; continuous cycle; dephosphorization

传统转炉炼钢存在能耗消耗大、炼钢效率低的问题。脱磷是钢铁冶炼较为关键的部分，也是原料消耗较高的部分。为寻找一种更适合的钢铁冶炼方法，提高脱磷效率，有学者在实验室环境中，利用高温炉炼钢预加脱磷剂的方法来模拟转炉预脱磷过程，成功揭示了影响脱磷效果的主要因素，即提高铁水温度至1 300 ℃，控制脱磷碱度在3.0左右，在高搅拌的条件下，此时的脱磷效果较好;但铁水中发热元素较少，原料的耗损增大[1]。以工业试验工艺参数为依据，利用灰色关联分析法得到各工藝参数关于脱磷转炉终点磷含量的灰色关联度，构建基于BP神经网络算法的磷含量预报模型，用于脱磷转炉冶炼过程控制[2]。基于此，本文提出“留澄+双渣”的转炉炼钢新技术，对钢冶炼过程中脱磷工艺进行优化，为钢冶炼脱磷提供一些参考。

1材料与方法

1.1试验条件

本试验选择连续循环冶炼的方式进行试验。在试验过程中，对脱磷阶段结束倒渣渣量进行测量，进而对转炉内部渣量和加入渣料后生成的渣量进行计算[3]。磷含量随循环炉数和炉内渣量的增加而降低，这进一步降低了渣料的加入量。

本试验在图1的工艺中进行，采用连续循环冶炼的方式进行试验[3]。

试验条件：100 t的转炉;转炉温度：1 270～1 350 ℃，铁水质量：94～99 t;铁水中，C质量分数4.50%～4.65%;Si质量分数0.45%～0.65%;Mn质量分数0.10%～0.15%;P质量分数0.080%～0.095%;S质量分数0.010%～0.025%。为提高脱磷量，在脱硅期-脱磷期采用变换枪位，在铁水脱硅阶段采用稳定枪位。0C585AF0-5821-44B1-B273-95B397AF6ACB

试验参数，具体如表1所示。

1.2试验过程

在本次试验中，规定的炉渣循环次数是6次，在单次循环冶炼以后，均需执行全部留渣处理，在完成溅渣护炉、炉渣固化以后，把废钢、铁水添加至转炉中，在经历了5.5 min的脱磷处理后即可进行倒渣，控制脱碳期时长9 min;之后利用副枪抽取样品进行测温、成分检测，在出钢后执行溅渣护炉操作，随即开启后续循环冶炼过程。连续循环的循环周期约为40 min，循环冶炼试验结果如表2所示。

1.3评价指标

利用EVO18型扫描电子显微镜对试样进行观察，确认其中的特征形貌物质，并且比对于巴登豪尔伪三元相图。

2结果与讨论

2.1脱磷期低FeO渣的脱磷分析

与脱磷期所适配的吹炼方式是“低-高-低”。在吹炼前期，考虑到转炉内存留有脱碳渣，旨在强化熔池搅拌强度以及避免“打火”困难，示意采用低枪位吹炼方式[4]。在脱磷期、脱硅期内，仍然保持低枪位吹炼方式，直至供氧量达到目標值。枪位设置和供氧强度如图2所示。

在吹炼5.5 min左右，为脱磷阶段。此时炉渣碱度和FeO质量分数分别为1.4～1.8和7%～13%，对应的磷质量分数低于0.025%。由于铁水在温度1 330～1 380 ℃时的氧活度是0.000 8～0.001 5，此时已经不适于脱磷反应。在此情形下，需要调整枪位来控制供氧强度[7]。

2.2循环过程中钢渣富磷相分析

炉渣碱度随吹炼时间的增加而增加，在吹炼时间为5.5 min时碱度达1.8，炉渣中熔点低的组元逐渐向熔点高转变[8-10]。

利用Factsage软件求解出渣相中温度不同富磷相C₂S析出量，样本的SEM图和渣相结果如图3所示;图4为转炉钢渣的微观形貌。

将图3（a）放大2 000倍，从图4中可以发现浅灰色部分主体为硅酸钙，具备较低磷含量;深色部分主体为硅酸钙和硅酸二钙，具有较高磷含量;白色部分中含磷量几乎为零[9]。

2.3转炉内各阶段渣量控制分析

根据不同工艺阶段的条件需求，需要合理调控转炉内渣量。脱碳期内并未明显消耗炉渣，这就为脱磷阶段提供了足量炉渣，因此无需额外投入石灰。磷含量与石灰加入量关系如图5所示。

由图5可知，随着循环冶炼次数的增加，石灰使用量同步下降，钢水磷含量也同步降低，第6炉出钢中的磷含量仅有0.005%。

脱磷期终止时的倒渣量与循环终止时炉内剩余渣量的走势，具体如图6所示。

由图6可知，脱磷期终止时的倒渣量为4～8 t，循环结束后，终渣排量约13 t，整个冶炼过程总排渣量为52 t，单次渣量约为8.67 t。因0炉也可带入渣量，则平均渣量约为8 t钢。

由图7可知，脱磷期累积渣量在10 t左右开始递增，结束炉次的渣量已经升高至18～20 t;脱碳期渣量也从开始的10 t增长至12～15 t。

平衡状态下连续循环过程渣量变化情况，具体如图8所示。

由图8可知，脱磷期终止时的渣量是15 t，倒渣量是7 t;脱碳期终止时的渣量是12 t，循环冶炼各炉的平均渣量是8.3 t，明显低于常规工艺的12 t。

在循环冶炼过程中，上下炉冶炼之间存在迭代关系，这就对终点控制提出了更高要求。尤其要监控冶炼工艺的稳定性，其要点有2个：合理设定循环炉数，最好不要超过7炉;在完成一轮循环冶炼以后，把转炉内的所有终渣清除出去。

利用高碱度终渣进行脱磷处理，能够大幅缩减石灰投用量，同时减少了供氧量、钢铁料用量和渣量。此外，脱磷阶段低总铁含量外排炉渣进一步减少了钢铁料用量。可见，通过降低辅耗、钢铁料能够有效降低冶炼成本，这也是本文所提工艺的优势所在。

3结语

（1）在本文所提改进型转炉炼钢工艺流程中，在脱磷期终止时的倒渣量控制在6～8 t钢，在完成一轮冶炼之后，控制倒渣量约为12～13 t钢，平均渣量约为8 t钢，排渣量相较于传统工艺存在显著变化;

（2）本次试验证实了利用转炉渣中的FeO成分能够将铁水中的磷含量降低至0.025%的水平，基本满足冶炼过程中的脱磷需求;

（3）脱磷渣的主要成分是硅酸二钙和硅酸钙，它们的磷含量均较高;对转炉终渣进行成分检测，可以发现硅酸二钙相中仍含有较高含量的磷，而在其他相中并无磷成分;

（4）随着循环冶炼次数的增加，转炉内保留的炉渣越来越多，因此可以适量减少石灰投用量，从首轮冶炼时的6.5 t下调至终次冶炼时的3.1 t;同时钢水含量也从0.018%降低为0.005%，此时能够实现平衡态。

【参考文献】

[1]王雨墨，陶林，郭皓宇，等.转炉铁水预处理脱磷的影响因素[J].钢铁，2020，55（9）：29-37.

[2]周朝刚，胡锦榛，蒋朝敏，等.基于BP神经网络算法的脱磷转炉终点磷含量预报模型[J].炼钢，2021，37（2）：10-15.

[3]吕延春. “留渣+双渣”转炉炼钢工艺高效脱磷技术研究.[D]北京：北京科技大学，2019.

[4]陈均，梁新腾.200 t转炉半钢冶炼提高转炉废钢消耗的试验研究[J].特殊钢，2021，42（6）：32-36.

[5]席作冰，李长荣，王奕.高碳硬线钢中B类夹杂物变性研究现状与进展[J].锻压装备与制造技术，2020，55（6）：133-137.

[6]李翔，吴国平，闫辰，等.减轻低碳低磷钢冶炼炉衬侵蚀及炉渣成分优化[J].中国冶金，2021，31（2）：65-71.

[7]顾超，王仲亮，肖微，等.高疲劳寿命轴承钢洁净度现状及研究进展[J].工程科学学报，2021，43（3）：299-310.

[8]王振光.钒含量对钻头用W6Mo5Cr4Vx高速钢组织与性能的影响[J].钢铁钒钛，2021，42（1）：139-143.

[9]刘妍心，李华姣，安海忠，等.基于“废钢回收”的中国钢铁产业链资源-经济-环境动态耦合[J].资源科学，2021，43（3）：588-600.

[10]宋生强，刘东明，王金龙，等.高锰高铝钢纯净度控制关键技术研究进展[J].钢铁研究学报，2021，

33（8）：657-669.0C585AF0-5821-44B1-B273-95B397AF6ACB